CN202612005U - 用于风电机组的风速仪智能除冰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于风电机组的风速仪智能除冰装置，包括检测单元、控制单元、电加热单元和聚能罩，检测单元包括温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器分别与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端与电加热单元相连，电加热单元固定于聚能罩上，聚能罩装设于风速仪的上方；控制单元根据温度传感器采集的环境温度、湿度传感器采集的环境湿度判断风速仪的结冰状况并根据判断结果控制电加热单元的通电加热除冰。本实用新型具有结冰状态识别准确、除冰快速实时、环境适应性好、不接触不损伤风速仪、使用维护简单方便的优点。

Description

用于风电机组的风速仪智能除冰装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种用于风电机组的风速仪智能除冰装置。

背景技术

随着风力发电技术的飞速发展，特别是20世纪90年代以后变桨距风力发电技术的发展，风速的准确测量已成为风电机组运行的基础。当风速低于额定风速时, 控制系统根据风速信号控制风电机组跟踪最佳功率曲线, 使风电机组获得最高风能转换效率，并使风电机组获得最大年发电量输出，从而使风电场具有较好的经济效益。因此, 在各种复杂环境下，及时准确地测量出风速，对于保持风电机组的最佳功率控制状态、达到最大年发电量输出具有重要意义。从我国风能资源的分布情况来看，我国“三北”地区、南方高山地区、沿海地区风力资源比较丰富，但我国许多风资源较丰富地区在冬季经常会出现雨雪天气，雨雪在风速仪上聚积后，会严重影响风速仪测风的准确性和灵敏性，给风电机组的控制带来较大影响，甚至可能造成风电机组发生停机事故，从而给风电场带来较大损失。因此，风电机组风速仪的除冰技术对于风电机组的高效可靠运行具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结冰状态识别准确、除冰快速实时、环境适应性好、不接触不损伤风速仪、使用维护简单方便的用于风电机组的风速仪智能除冰装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于风电机组的风速仪智能除冰装置，包括检测单元、控制单元、电加热单元和聚能罩，所述检测单元包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器分别与控制单元的输入端相连，所述控制单元的输出端与电加热单元相连，所述电加热单元固定于聚能罩上，所述聚能罩装设于风速仪的上方；所述控制单元根据温度传感器采集的环境温度、湿度传感器采集的环境湿度判断风速仪的结冰状况并根据判断结果控制电加热单元的通电加热除冰。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述聚能罩的聚能面为球面状或者抛物面状。

所述聚能罩与风速仪的垂直距离L为5～30cm。

所述温度传感器和湿度传感器分别安装于风电机组的机舱上，所述聚能罩通过四根支柱支承于风电机组的机舱上，所述控制单元设于风电机组的机舱内。

所述电加热单元包括继电器和发热器，所述控制单元通过继电器与发热器相连。

所述控制单元包括显示单元、用于采集环境温度和环境湿度数据的数据采集模块和用于根据环境温度控制显示单元的工作状态的温度预警模块，所述数据采集模块的输入端分别与温度传感器、湿度传感器相连，所述数据采集模块的输出端与温度预警模块、显示单元相连；所述温度预警模块在温度传感器采集的环境温度低于预设温度阀值时启动显示单元，所述显示单元在启动后通过数据采集模块采集温度传感器检测的环境温度和湿度传感器检测的环境湿度并显示输出。

所述控制单元还包括用于根据环境温度和环境湿度判断风速仪是否结冰的结冰判断模块和用于控制电加热单元的通电加热的加热控制模块，所述结冰判断模块的输入端与数据采集模块相连，所述结冰判断模块的输出端分别与显示单元、加热控制模块相连，所述加热控制模块的输出端分别与显示单元、电加热单元相连；所述结冰判断模块在判断风速仪结冰后通过显示单元输出当前结冰状态为已结冰并通过加热控制模块控制电加热单元进行通电加热除冰，所述加热控制模块在控制电加热单元通电加热除冰时在设定加热时间内屏蔽结冰判断模块的输入信号，同时所述加热控制模块记录当前的加热除冰时间并通过显示单元将当前的加热除冰时间显示输出。

本实用新型具有下述优点：

1、本实用新型包括检测单元、控制单元、电加热单元和聚能罩，聚能罩装设于风速仪的上方，控制单元根据温度传感器采集的环境温度、湿度传感器采集的环境湿度判断风速仪的结冰状况并根据判断结果控制电加热单元的通电加热，通过采用温度传感器和湿度传感器进行实时联合检测，可以为智能测控单元提供风速仪的连续、准确的实时温度值和结冰状况，能够实现实时温度与结冰状态检测并实现实时快速的除冰，在风速仪结冰状态的数据采集上具有准确度高、操作简单、运行可靠等优点；而且本实用新型的控制单元能够根据环境变化动态设置预设温度阀值与预设湿度阀值从而能够实现根据环境调整结冰状态的判断，具有结冰状态识别准确、自动化程度高、环境适应性好、经济性好等优点。

2、本实用新型聚能罩的聚能面进一步为球面状或者抛物面状，可将电热加热器产生的热量定向投射到风速仪上进行加热除冰，并且除冰罩不接触风速仪，不会损伤风速仪，使用维护简单方便，对风速仪运行的影响很小。

附图说明

图1为本实用新型实施例的控制框架结构示意图。

图2为本实用新型实施例的安装结构示意图。

图3为图2中A-A处的剖视结构示意图。

图4为本实用新型实施例的工作流程示意图。

图例说明：1、检测单元；11、温度传感器；12、湿度传感器；2、控制单元；20、显示单元；21、数据采集模块；22、温度预警模块；23、结冰判断模块；24、加热控制模块；3、电加热单元；31、继电器；32、发热器；4、聚能罩；41、支柱；5、风速仪；6、机舱。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实施例用于风电机组的风速仪智能除冰装置包括检测单元1、控制单元2、电加热单元3和聚能罩4，检测单元1包括温度传感器11和湿度传感器12，温度传感器11和湿度传感器12分别与控制单元2的输入端相连，控制单元2的输出端与电加热单元3相连，电加热单元3固定于聚能罩4上，聚能罩4装设于风速仪5的上方；控制单元2根据温度传感器11采集的环境温度、湿度传感器12采集的环境湿度判断风速仪5的结冰状况并根据判断结果控制电加热单元3的通电加热除冰。

温度传感器11和湿度传感器12分别安装于风电机组的机舱6上，聚能罩4通过四根支柱41支承于风电机组的机舱6上，控制单元2设于风电机组的机舱6内。由于温度传感器11和湿度传感器12主要用来检测风速仪5所处环境的环境温度和环境湿度，为了提高测量的准确性，本实施例中将温度传感器11和湿度传感器12安装在机舱6上、风速仪5下方，且尽量贴近风速仪安装。温度传感器11和湿度传感器12通过导线与控制单元2电连接。控制单元2安装在风电机组的机舱6内离温度传感器11和湿度传感器12相对较近的地方，可有效防止导线长度引起的电信号衰减及减少外部环境物理损伤和化学腐蚀。

控制单元2包括显示单元20、用于采集环境温度和环境湿度数据的数据采集模块21和用于根据环境温度控制显示单元20的工作状态的温度预警模块22，数据采集模块21的输入端分别与温度传感器11、湿度传感器12相连，数据采集模块21的输出端与温度预警模块22、显示单元20相连；温度预警模块22在温度传感器11采集的环境温度低于预设温度阀值时启动显示单元20，显示单元20在启动后通过数据采集模块21采集温度传感器11检测的环境温度和湿度传感器12检测的环境湿度并显示输出。本实施例通过温度预警模块22在温度传感器11采集的环境温度低于预设温度阀值时启动显示单元20，一方面能够在天气热时关闭显示单元20，达到有效节约能源的目的；另一方面，在环境温度低于预设温度阀值时，风速仪5可能会发生结冰的状况，通过启动显示单元20向用户输出当前的环境温度和环境湿度，对用户也起到预警的效果。控制单元2还包括用于根据环境温度和环境湿度判断风速仪5是否结冰的结冰判断模块23和用于控制电加热单元3的通电加热的加热控制模块24，结冰判断模块23的输入端与数据采集模块21相连，结冰判断模块23的输出端与加热控制模块24相连，加热控制模块24的输出端与电加热单元3相连；结冰判断模块23在判断风速仪5结冰后通过显示单元20输出当前结冰状态为已结冰，并通过加热控制模块24控制电加热单元3进行通电加热除冰，加热控制模块24在控制电加热单元3通电加热除冰时在设定加热时间（设定加热时间可根据具体状况设置为30~60分钟，本实施例中的设定加热时间设置为30分钟）内屏蔽结冰判断模块23的输入信号，同时加热控制模块24记录当前的加热除冰时间并通过显示单元20将当前的加热除冰时间显示输出。结冰判断模块23根据环境温度和环境湿度判断风速仪5的结冰状况，当环境温度低于其预设温度阀值而且湿度大于其相应的预设湿度阀值时，结冰判断模块23判定风速仪5开始出现结冰现象，并通过加热控制模块24控制电加热单元3的通电加热除冰, 结冰判断模块23能够根据环境变化动态设置预设温度阀值与预设湿度阀值从而能够实现根据环境调整结冰状态的判断（预设温度阀值可根据具体状况设置为-5～-1℃，本实施例中预设温度阀值为-1℃；预设湿度阀值可根据具体状况设置为70～90%，本实施例中预设湿度阀值为85%）。本实施例中，控制单元2为控制电路板，控制电路板安装在风电机组的机舱6内。显示单元20采用液晶显示屏实现，显示单元20的显示面装设在风电机组的机舱6的外壁上或者指定的观测室内；数据采集模块21为模数转换电路，用于将温度传感器11和湿度传感器12输出的模拟电信号转换成数字信号；温度预警模块22、结冰判断模块23、加热控制模块24均采用单片机实现。此外，数据采集模块21、温度预警模块22、结冰判断模块23、加热控制模块24也可以通过一片具有模数转换功能的单片机实现。

电加热单元3包括继电器31和发热器32，控制单元2通过继电器31与发热器32相连.本实施例中，发热器32采用220V电源供电，发热器32具体可以根据需要选用电阻丝、发热管等发热器。

聚能罩4安装于风电机组的机舱6上，且位于风速仪5正上方，并以风速仪5为中心覆盖整个风速仪。聚能罩4的聚能面（即朝向风速仪5一侧的凹面）为球面状或者抛物面状，球面状或者抛物面状的结构能够更好地将电加热单元3散发的热能聚集至风速仪5上进行加热除冰，热能有效利用率更高，而且与风速仪5保持不接触，既不会损伤风速仪5，也不会影响风速仪5的正常工作状态，使用维护简单方便，对风速仪运行的影响很小。聚能罩4与风速仪5的垂直距离L可根据具体情况设置为5～30cm，该距离能够保障电加热单元3加热时风速仪5所处区域的环境温度，强化对风速仪5的除冰效果，同时不影响风速仪5周边的空气流动状态，并且可为风速仪5遮挡雨、雪、日晒，能够保证聚能罩4的热能聚集效果，而且对风速仪5的影响最小。本实施例中聚能罩4与风速仪5的垂直距离L为20cm。本实施例中温度传感器11、湿度传感器12和聚能罩4的安装结构具有以下优点：（1）设备自我保护能力强；（2）对风速仪5无损伤，无改装要求；（3）不影响风速仪5所处空间空气流通状态；（4）提高风速仪5在运行环境中的适应性，减少雪、雨、冰霜、日晒等自然环境的腐蚀，提升风速仪5的使用寿命。

如图4所示，在工作过程中温度传感器11、湿度传感器12分别实时采集风速仪5的环境温度、环境湿度得到传感器电信号，并分别将传感器电信号输出到数据采集模块21，数据采集模块21将传感器电信号分别进行A/D转换，转换成数字信号后数据采集模块21将环境温度输出到温度预警模块22、将环境温度和环境湿度输出给结冰判断模块23；温度预警模块22根据内设的预设温度阀值决定是否开启显示单元20；结冰判断模块23根据所获得的环境温度、环境湿度值判断风速仪是否开始结冰；当判定风速仪5开始结冰后，结冰判断模块23输出加热除冰信号到加热控制模块24；加热控制模块24根据结冰判断模块23的判断结果控制发热器32开始给风速仪5加热除冰，当加热控制模块24控制发热器32发热后，加热控制模块24在设定加热时间内不再受环境温度和环境湿度的影响。

本实施例的安装过程如下：1）在机舱6安装风速仪5的部位，将控制单元2安装在机舱6内，并尽可能安装在离风速仪5较近的位置，将温度传感器11和湿度传感器12安装在机舱6上的风速仪5附近，并通过导线将温度传感器11、湿度传感器12分别和控制单元2的数据采集模块21相连；2）将电加热单元3安装在聚能罩4内；将聚能罩4安装在以风速仪5为中心的机舱6上，并通过支柱41固定，使聚能罩4处于风速仪5正上方；通过导线将电加热单元3与控制电加热单元3的继电器31相连，导线沿支柱41布置。在运行过程中，加热控制模块24的工作过程如下：

1）当温度传感器11检测的环境温度高于预设温度阀值，或者湿度传感器12检测的环境湿度低于预设湿度阀值时，结冰判断模块23判定风速仪5不会发生结冰，加热控制模块24不会启动电加热单元3。

2）当温度传感器11检测的环境温度低于预设温度阀值，但湿度传感器12检测的环境湿度低于预设湿度阀值时，结冰判断模块23判定风速仪5已具备结冰温度条件但风速仪5暂时还不会发生结冰，温度预警模块22启动显示单元20进行预警，显示单元20开始显示当前的环境温度、环境湿度以及结冰状态（未结冰），但是此时加热控制模块24暂时还不会启动电加热单元3。

3）当温度传感器11检测的环境温度低于预设温度阀值，而且湿度传感器12检测的环境湿度高于预设湿度阀值时，结冰判断模块23判定这时风速仪5已开始结冰，这时结冰判断模块23通过加热控制模块24启动电加热单元3对风速仪5进行加热除冰。同时加热控制模块24启动加热除冰时间控制，在设定加热时间内，加热控制模块24控制电加热单元3通电加热除冰并屏蔽结冰判断模块23的输入信号，因此此时电加热单元3的加热除冰行为不受环境温度值和环境湿度值的影响，此时显示单元20显示当前的环境温度、环境湿度、结冰状态（已结冰）以及当前的加热除冰时间；当加热除冰时间等于设定加热时间后，加热控制模块24重新接受结冰判断模块23的输入信号，电加热单元3的加热除冰行为重新受到环境温度值和环境湿度值的影响。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于风电机组的风速仪智能除冰装置，其特征在于：包括检测单元（1）、控制单元（2）、电加热单元（3）和聚能罩（4），所述检测单元（1）包括温度传感器（11）和湿度传感器（12），所述温度传感器（11）和湿度传感器（12）分别与控制单元（2）的输入端相连，所述控制单元（2）的输出端与电加热单元（3）相连，所述电加热单元（3）固定于聚能罩（4）上，所述聚能罩（4）装设于风速仪（5）的上方；所述控制单元（2）根据温度传感器（11）采集的环境温度、湿度传感器（12）采集的环境湿度判断风速仪（5）的结冰状况并根据判断结果控制电加热单元（3）的通电加热除冰。

2.根据权利要求1所述的用于风电机组的风速仪智能除冰装置，其特征在于：所述聚能罩（4）的聚能面为球面状或者抛物面状。

3.根据权利要求2所述的用于风电机组的风速仪智能除冰装置，其特征在于： 所述聚能罩（4）与风速仪（5）的垂直距离L为5～30cm。

4.根据权利要求3所述的用于风电机组的风速仪智能除冰装置，其特征在于：所述温度传感器（11）和湿度传感器（12）分别安装于风电机组的机舱（6）上，所述聚能罩（4）通过四根支柱（41）支承于风电机组的机舱（6）上，所述控制单元（2）设于风电机组的机舱（6）内。

5.根据权利要求4所述的用于风电机组的风速仪智能除冰装置，其特征在于：所述电加热单元（3）包括继电器（31）和发热器（32），所述控制单元（2）通过继电器（31）与发热器（32）相连。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的用于风电机组的风速仪智能除冰装置，其特征在于：所述控制单元（2）包括显示单元（20）、用于采集环境温度和环境湿度数据的数据采集模块（21）和用于根据环境温度控制显示单元（20）的工作状态的温度预警模块（22），所述数据采集模块（21）的输入端分别与温度传感器（11）、湿度传感器（12）相连，所述数据采集模块（21）的输出端与温度预警模块（22）、显示单元（20）相连；所述温度预警模块（22）在温度传感器（11）采集的环境温度低于预设温度阀值时启动显示单元（20），所述显示单元（20）在启动后通过数据采集模块（21）采集温度传感器（11）检测的环境温度和湿度传感器（12）检测的环境湿度并显示输出。

7.根据权利要求6所述的用于风电机组的风速仪智能除冰装置，其特征在于：所述控制单元（2）还包括用于根据环境温度和环境湿度判断风速仪（5）是否结冰的结冰判断模块（23）和用于控制电加热单元（3）的通电加热的加热控制模块（24），所述结冰判断模块（23）的输入端与数据采集模块（21）相连，所述结冰判断模块（23）的输出端分别与显示单元（20）、加热控制模块（24）相连，所述加热控制模块（24）的输出端分别与显示单元（20）、电加热单元（3）相连；所述结冰判断模块（23）在判断风速仪（5）结冰后通过显示单元（20）输出当前结冰状态为已结冰并通过加热控制模块（24）控制电加热单元（3）进行通电加热除冰，所述加热控制模块（24）在控制电加热单元（3）通电加热除冰时在设定加热时间内屏蔽结冰判断模块（23）的输入信号，同时所述加热控制模块（24）记录当前的加热除冰时间并通过显示单元（20）将当前的加热除冰时间显示输出。

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